TWI611735B - 電漿處理裝置（一） - Google Patents

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Description

電漿處理裝置(一)
本發明係關於一種對被處理基板施予電漿處理之技術，尤其是關於感應耦合型電漿處理裝置。
在半導體元件或FPD(Flat Panel Display)之製程中的蝕刻、沉積、氧化、濺鍍等處理中，為了能夠使處理氣體在較低溫下進行良好反應，大多會利用電漿。自以往，這類電漿處理中大多是藉由MHz區域之高頻放電來產生電漿。藉由高頻放電之電漿，就較具體(指裝置上)之電漿產生方法而言，可大致分為電容耦合型電漿和感應耦合型電漿。
一般而言，感應耦合型電漿處理裝置係以介電體窗構成處理容器壁部的至少一部位(例如頂部)，並將高頻電功率供應至設置於該介電體窗外之線圈狀的RF天線。處理容器係構成為可減壓之真空腔室，並於腔室內之中央部配置被處理基板(例如半導體晶圓、玻璃基板等)，然後再將處理氣體導入介電體窗與基板之間所設定之處理空間。藉由流過RF天線之高頻電流，磁力線就會穿透介電體窗，而於RF天線周圍產生猶如通過腔室內的處理空間之高頻交流磁場，藉由該交流磁場之與時變化作用，便會在處理空間內於方位角方向產生感應電場。然後，藉由該感應電場而朝向方位角加速之電子就會與處理氣體之分子或原子作用引起電離衝突現象，因而產生甜甜圈狀之電漿。
由於腔室內設有大型處理空間，因此前述甜甜圈狀電漿便會有效率地擴散至四處(尤其在半徑方向)，而在基板上，電漿之密度可說是相當均勻。然而，若僅是使用一般的RF天線，則基板上所獲得之電漿密度的均勻性對大多數之電漿製程而言是不足夠的。在電漿製程中，提升基板上電漿密度之均勻性或控制性一事會左右製程之均勻性、再現性，甚至是製造良率，故為最重要課題之一。
在感應耦合型電漿處理裝置中，腔室內之介電體窗附近所產生之甜甜圈狀電漿內的電漿密度分佈特性(Profile)很重要，這有如核心般之電漿密度分佈的特性會左右在擴散後之基板上所獲得之電漿密度分佈的特性(尤其是均勻性)。
關於這一點，業界提出幾個方案作為一種使周圍方向之電漿密度分佈的均勻性提升之技法，其係將RF天線分割成線圈口徑相異的複數個環狀線圈之方式。這種RF天線分割方式之中，有將複數個環狀線圈加以串聯連接之第1種方式(例如專利文獻1)和將複數個環狀線圈加以並聯連接之第2種方式(例如專利文獻2)。
專利文獻1：美國專利第5800619號
專利文獻2：美國專利第6288493號
前述習知之RF天線分割方式當中，前述第1種方式由於RF天線之整體線圈長度會成為將全部線圈加總後之相當長的長度，故RF天線內之電壓降情形會如同無法忽視般地大，還有由於波長效應之故，也易於RF天線之RF輸入端附近處形成有含有電流波節部分之駐波。因此，前述第1種方式，不論是在直徑方向或是周圍方向，要得到電漿密度分佈之均勻性頗為困難，而並不適用於需要大口徑電漿之電漿製程。
另一方面，前述第2種方式，從高頻供電部供應至RF天線之RF電流，其在RF天線內會有相對多的電流流過線圈口徑較小(即阻抗較小)之內側線圈，而僅有相對少的電流流過線圈口徑較大(即阻抗較大)之外側線圈，導致腔內所生成之電漿的密度容易在直徑方向的中心部處較高，而在周邊部處較低。因此，前述第2種方式便需在RF天線內的各線圈附加(連接)阻抗調整用電容器，來調節分配至各線圈之RF電流的分配比例。
在此情形下，若於高頻供電部之回路歸線或接地線(Earth Line)側，也就是在RF天線之終端側，增設阻抗調整用電容器，則線圈的電位便會高於接地電位，藉此便能夠抑制介電體窗因來自電漿之離子撞擊而損傷惡化之所謂的噴濺效應。然而，RF天線的線圈會因透過電容器才接到終端之故，造成短路共振線的長度若以等效電路視之則會變短，而在線圈口徑(即線圈長度)較大之外側線圈處容易產生波長效應，這又會碰到與前述第1種方式同樣之問題。
本發明乃是解決前述習知技術的問題點之發明，其目的在於提供一種可充分地抑制RF天線內的波長效應，且可輕易實現不論是在周圍方向或是直徑方向皆為均勻的電漿製程之感應耦合型電漿處理裝置。
本發明之電漿處理裝置具備有：處理容器，係具有介電體窗；基板保持部，係於該處理容器內保持被處理基板；處理氣體供應部，係將所欲處理氣體供應至該處理容器內，以對該基板施予所欲電漿處理；RF天線，係設置於該介電體窗外，而於該處理容器內藉由感應耦合來產生處理氣體的電漿；以及高頻供電部，係將頻率適於該處理氣體的高頻放電之高頻電功率供應至該RF天線；其中該RF天線係具有於直徑方向相隔著間隔而分別配置在內側、中間以及外側之內側線圈、中間線圈以及外側線圈；該內側線圈係具有單一或串聯連接之內側線圈段；該中間線圈係具有循周圍方向分段且電性上為並聯連接之複數中間線圈段；該外側線圈係具有循周圍方向分段且電性上為並聯連接之複數外側線圈段。
本發明之電漿處理裝置中，RF天線係由循直徑方向分段之內側線圈、中間線圈以及外側線圈所構成，且中間線圈及外側線圈係由分別循周圍方向分段之複數中間線圈段及複數外側線圈段所構成。此處，複數中間線圈段係彼此在電性上為並聯連接，而複數外側線圈段亦彼此在電性上為並聯連接。藉此，RF天線內的波長效應或電壓降便會相依於線圈段的長度。於是，只要將各線圈內的分割數或線圈段的長度選擇為不會在各個線圈段內發生波長效應，且電壓降不會過大即可。
依據本發明之一較佳樣態，高頻供電部側的第1節點與接地電位側的第2節點之間係設置有與中間線圈在電性上為串聯連接之中間電容器。該中間電容器較佳係由可變電容器所構成。然後，採用從第1節點到第2節點以一筆劃來環繞各個高頻傳送路徑時，通過中間線圈時的方向係與通過內側線圈及外側線圈時的方向在周圍方向上為相反般的結線構造。
在上述結構中，藉由使得中間電容器的靜電容量在構成中間線圈之複數中間線圈段與中間電容器的合成電抗會成為負值之區域中為可變，則流過中間線圈之中間電流便會與分別流過內側線圈及外側線圈之內側電流及外側電流在周圍方向上為相同方向，再者，亦可使中間電流的電流值從接近零慢慢地增大，並且，亦可相較於內側電流及外側電流而控制在相當少的電流量。藉此，便可提高電漿密度分佈控制的自由度。
又，依據其他一較佳樣態，第1節點與該第2節點之間係設置有與內側線圈段或複數外側線圈段的至少其中之一在電性上為串聯連接之內側電容器或外側電容器。該內側電容器或外側電容器較佳係由可變電容器所構成，藉由使其靜電容量為可變，便可在分別流過內側線圈及外側線圈之內側電流及外側電流之間調節電流量的平衡。
依據本發明之電漿處理裝置，藉由上述結構及作用，便可充分地抑制RF天線內之波長效應，而且能輕易地實現不論是在周圍方向或是直徑方向皆均勻之電漿製程。
以下將根據附圖說明本發明之較佳實施形態。
[裝置整體之結構以及作用]
圖1為顯示本發明一實施形態之感應耦合型電漿處理裝置之結構。
該感應耦合型電漿處理裝置係構成為使用平面線圈形RF天線之感應耦合型電漿蝕刻裝置，其具有例如鋁或不鏽鋼等之金屬製圓筒型真空腔室(處理容器)10。腔室10係經安全接地處理。
首先，就該感應耦合型電漿蝕刻裝置中無關於電漿產生之各部結構進行說明。
腔室10內之下部中央處係水平地配置有用以載置被處理基板(例如半導體晶圓W)之圓板狀載置台12，其係兼作為高頻電極之基板保持台。該載置台12係由例如鋁所構成，而由自腔室10底部延伸至垂直上方之絕緣性筒狀支撐部14所支撐。
沿著絕緣性筒狀支撐部14外圍而自腔室10底部延伸至垂直上方之導電性筒狀支撐部16與腔室10內壁之間係形成有環狀排氣通道18，該排氣通道18之上部或入口處係安裝有環狀緩衝板20，且於底部設置有排氣埠22。為了使腔室10內之氣流相對於載置台12上之半導體晶圓而以其軸為中心均勻一致，以在圓周方向等間隔地設置複數個排氣埠22之結構為佳。各排氣埠22係透過排氣管24而連接有排氣裝置26。排氣裝置26係具有渦輪分子泵等之真空泵，可將腔室10內之電漿處理空間減壓至所欲真空度。在腔室10之側壁外則安裝有可開閉半導體晶圓W的搬出入口27之閘閥28。
載置台12係透過匹配器32及供電棒34而電連接有RF偏壓用高頻電源30。該高頻電源30能夠以可變功率輸出適於控制被吸引至半導體晶圓W的離子能量之特定頻率(通常為13.56MHz以下)的高頻RFL。匹配器32乃係收納有為了在高頻電源30側之阻抗與負載(主要為載置台、電漿、腔室)側之阻抗之間取得匹配之可變電抗的匹配電路。該匹配電路中包含了自偏壓產生用之阻隔電容器(Blocking Condenser)。
載置台12上面係設置有以靜電吸附力將半導體晶圓W保持之靜電夾具36，而在靜電夾具36之半徑方向外側則設置有環狀地包圍半導體晶圓W周圍之聚焦環38。靜電夾具36係將導電膜形成的電極36a夾入一對絕緣膜36b、36c之間所構成，而高壓直流電源40係透過開關42及包覆線43而電連接於電極36a。藉由直流電源40所施加之高壓直流電壓，便能夠以靜電力來將半導體晶圓W吸住並保持在靜電夾具36上。
載置台12內部係設置有例如延伸於圓周方向之環狀冷媒室或冷媒流道44。該冷媒室44係從冷凝器(未圖示)經由配管46、48而循環供應有特定溫度的冷媒(例如冷卻水cw)。藉冷卻水cw的溫度，便可控制靜電夾具36上之半導體晶圓W的處理中溫度。與此相關，來自傳熱氣體供應部(未圖示)之傳熱氣體(例如He氣體(氦氣))係經由氣體供應管50而供應至靜電夾具36上面與半導體晶圓W背面之間。又，為了半導體晶圓W之載入(Loading)/載出(Unloading)需要，亦設有在垂直方向貫穿載置台12並可上下移動之升降銷以及其升降機構(未圖示)等。
接著，就前述感應耦合型電漿蝕刻裝置之有關於電漿產生之各部結構進行說明。
腔室10之頂部或上蓋板係以比較大之距離間隔與載置台12隔開來設置，要作為此上蓋板例如可氣密地安裝石英板所形成的圓形介電體窗52。該介電體窗52上係設置有與腔室10為一體成型，且能夠將用以在腔室10內產生感應耦合電漿的RF天線54自外部電磁性地遮蔽並收納之天線室56。
RF天線54係具有與介電體窗52呈平行，且於直徑方向相隔有間隔而分別配置於內側、中間以及外側之內側線圈58、中間線圈60及外側線圈62。此實施形態中的內側線圈58、中間線圈60及外側線圈62係各自具有圓環狀之線圈形體，不但相互為同軸配置，就連對於腔室10或載置台12亦為同軸配置。
再者，本發明中所謂的「同軸」係指在形狀為軸對稱之複數物體之間，其各自的中心軸線為相互重疊之位置關係，關於複數線圈之間，其各自之線圈面不只是在軸向上相互錯開之情形，而亦包含在同一面上一致之情形(即同心狀之位置關係)。
內側線圈58、中間線圈60及外側線圈62在電性上係並聯地連接於來自電漿產生用高頻供電部66之高頻供電線68與接到接地電位組件之回路歸線70之間(2個節點NA、NB之間)。在此，回路歸線70係接地電位之接地線，而電連接於保持在接地電位之接地電位組件(例如腔室10或其他組件)。
接地線70側之節點NB與中間線圈60以及外側線圈62之間係分別連接(***)有可變電容器92、94。這些可變電容器92、94較佳地係在主控制部84之控制下，藉由電容可變部96而可在特定範圍內分別獨立且任意地改變。以下，將在節點NA、NB之間而與內側線圈58串聯連接之電容稱作「內側電容器」，而將與中間線圈60串聯連接之電容稱作「中間電容器」，並將與外側線圈62串聯連接之電容稱作「外側電容器」。
高頻供電部66具有高頻電源72以及匹配器74。高頻電源72能夠以可變功率輸出適於藉由感應耦合高頻放電來產生電漿之特定頻率(通常為13.56MHz以上)的高頻RFH。匹配器74乃係收納有為了在高頻電源72側之阻抗與負載(主要為RF天線、電漿)側之阻抗之間取得匹配之可變電抗的匹配電路。
用以將處理氣體供應至腔室10內的處理空間之處理氣體供應部具有：在比介電體窗52稍低之位置處而設於腔室10側壁中(或外)之環狀多歧管(Manifold)或緩衝部76；在圓周方向等間隔地自緩衝部76面臨電漿產生空間之複數側壁氣體噴出孔78；以及從處理氣體供應源80延伸至緩衝部76之供應管82。處理氣體供應源80係包含有流量控制器以及開閉閥(未圖示)。
主控制部84係包含例如微處理器，來控制該電漿蝕刻裝置內之各部，例如排氣裝置26、高頻電源30、72、匹配器32、74、靜電夾具用開關42、可變電容器92、94、處理氣體供應源80、冷凝器(未圖示)、傳熱氣體供應部(未圖示)等各個部件之動作以及裝置整體之動作(Sequence)。
於該感應耦合型電漿蝕刻裝置中，蝕刻的進行首先係使閘閥28為打開狀態，而將加工對象的半導體晶圓W搬入至腔室10內並載置於靜電夾具36上。然後，關閉閘閥28後，從處理氣體供應源80經由氣體供應管82、緩衝部76及側壁氣體噴出孔78而以特定的流量及流量比來將蝕刻氣體(一般來說為混合氣體)導入至腔室10內，並藉由排氣裝置26來使腔室10內壓力為設定值。進一步地，開啟高頻供電部66的高頻電源72而以特定的RF功率輸出電漿產生用高頻RFH，並透過匹配器74、RF供電線68及回路歸線70來將高頻RFH的電流供應至RF天線54的內側線圈58、中間線圈60及外側線圈62。另一方面，開啟高頻電源30而以特定的RF功率輸出離子吸引控制用的高頻RFL，並透過匹配器32及供電棒34來對晶座12施加該高頻RFL。又，從傳熱氣體供應部將傳熱氣體(He氣)供應至靜電夾具36與半導體晶圓W之間的接觸界面，並開啟開關42而藉由靜電夾具36的靜電吸附力來將傳熱氣體封入該接觸界面。
於腔室10內，從側壁氣體噴出孔78噴出的蝕刻氣體會擴散至介電體窗52下的處理空間。藉由流過RF天線54的各線圈58、60、62之高頻RFH的電流，則該等線圈周圍處產生的磁力線(磁束)便會貫穿介電體窗52並橫跨腔室10內的處理空間(電漿產生空間)，而在處理空間內產生方位角方向的感應電場。因該感應電場而朝方位角方向加速的電子會與蝕刻氣體的分子或原子發生電離衝撞，而生成甜甜圈狀電漿。
該甜甜圈狀電漿的自由基或離子會在寬廣的處理空間朝四處擴散，自由基係以等方向性落下之型態，而離子則會以受到直流偏壓的吸引之型態，被供應至半導體晶圓W的上面(被處理面)。如此地，電漿的活性種便會在半導體晶圓W的被處理面引發化學反應與物理反應，而將被加工膜蝕刻成所欲圖案。
此處的「甜甜圈狀電漿」未限定於電漿並非豎立在腔室10的徑向內側(中心部)而是僅豎立在徑向外側般的緻密環狀電漿，而是指徑向外側的電漿體積或密度係較腔室10的直徑方向內側要大之意思。又，依處理氣體所使用之氣體的種類或腔室10內壓力值等條件，而亦會有無法成為此處所述「甜甜圈狀電漿」的情況。
此感應耦合型電漿蝕刻裝置係藉由使得RF天線54的內側線圈58、中間線圈60及外側線圈62為以下所說明般的特殊空間配置及電連接結構，更進一步地於RF天線54附加電容器(圖1範例中為可變電容器92、94)之結構，來有效地抑制或降低RF天線54內的波長效應或電位差(電壓降)，從而改善半導體晶圓W上的電漿製程特性(亦即蝕刻特性(蝕刻速度、選擇比、蝕刻形狀等))之周圍方向及直徑方向的均勻性。
[RF天線的基本結構成及作用]
該感應耦合型電漿蝕刻裝置的主要特徵為RF天線54的內部空間配置結構及電連接結構。
圖2及圖3係顯示此實施形態之RF天線54的配置及電連接(電路)之基本結構。
內側線圈58較佳係由單一的圓環狀線圈段59所構成，而於直徑方向位在腔室10中心附近處。以下，將構成內側線圈58之線圈段稱作「內側線圈段」。該內側線圈段59係單體而以埋置於周圍方向環繞之一周或其大部分的方式來環狀地延伸，且其兩端59In、59Out係在周圍方向透過內側間隙Gi而相對向或鄰接。此外，本發明中，將內側線圈58的迴圈(loop)上所形成之間隙或刻槽稱作「內側間隙」。
內側線圈段59的一端(即RF入口端部59In)係透過朝上方延伸之連接導體98及第1節點NA而連接至高頻供電部66的RF供電線68。內側線圈段59的另一端(即RF出口端59Out)則透過朝上方延伸之連接導體100及第2節點NB而連接至接地線70。
中間線圈60較佳地係由循周圍方向分段之複數(例如2個)線圈段61(1)、61(2)所構成，而於直徑方向位在腔室10的中間部。以下，將構成中間線圈60之各個線圈段稱作「中間線圈段」。
該等2個中間線圈段61(1)、61(2)係在空間上分別形成為半圓弧狀，而以埋置於周圍方向環繞之一周或其大部分般地串聯配置。更加詳細地說明，在中間線圈60的一個迴圈內，第1中間線圈段61(1)的RF入口端61(1)In與第2中間線圈段61(2)的RF出口端61(2)Out係在周圍方向透過中間間隙Gm而相對向或鄰接，第1中間線圈段61(1)的RF出口端61(1)Out與第2中間線圈段61(2)的RF入口端61(2)In則在周圍方向透過另一中間間隙Gm而相對向或鄰接。此外，本發明中，將中間線圈60的迴圈上所形成之間隙或刻槽稱作「中間間隙」。
該等2個中間線圈段61(1)、61(2)各自的一端(即RF入口端61(1)In、61(2)In)係透過朝上方延伸之連接導體102(1)、102(2)及第1節點NA而電連接至高頻供電部66的RF供電線68，各自的另一端(即RF出口端61(1)Out、61(2)Out)則透過朝上方延伸之連接導體104(1)、104(2)及第2節點NB而連接至接地線70。
外側線圈62較佳地係由循周圍方向分段之複數(例如3個)線圈段63(1)、63(2)、63(3)所構成，而於直徑方向位在腔室10的側壁附近。以下，將構成外側線圈62之各個線圈段稱作「外側線圈段」。
該等3個外側線圈段63(1)、63(2)、63(3)係在空間上分別形成為大約1/3周的圓弧狀，整體來說係埋置在周圍方向環繞之一周或其大部分般地串聯配置。更加詳細地說明，在外側線圈62的一個迴圈內，第1外側線圈段63(1)的RF入口端63(1)In與第3外側線圈段63(3)的RF出口端63(3)Out係在周圍方向透過外側間隙Go而相對向或鄰接，第1外側線圈段63(1)的RF出口端63(1)Out與第2外側線圈段63(2)的RF入口端63(2)In係在周圍方向透過另一外側間隙Go而相對向或鄰接，而第2外側線圈段63(2)的RF出口端63(2)Out與第3外側線圈段63(3)的RF入口端63(3)In則在周圍方向透過另一外側間隙Go透過相對向或鄰接。此外，本發明中，將外側線圈62的迴圈上所形成之間隙或刻槽稱作「外側間隙」。
該等3個外側線圈段63(1)、63(2)、63(3)各自的一端(即RF入口端63(1)In、63(2)In、63(3)In)係透過朝上方延伸之連接導體106(1)、106(2)、106(3)及第1節點NA而電連接至高頻供電部66的RF供電線68，各自的另一端(即RF出口端63(1)Out、63(2)Out、63(3)Out)則透過朝上方延伸之連接導體108(1)、108(2)、108(3)及第2節點NB而連接至接地線70。
如此地，在高頻供電部66的RF供電線68與接地線70之間，或第1節點NA與第2節點NB之間，構成中間線圈60之2個中間線圈段61(1)、61(2)彼此便會相互在電性上為並聯連接，並且構成外側線圈62之3個外側線圈段63(1)、63(2)、63(3)彼此便會在電性上為並聯連接，再者，以單體來構成內側線圈58之內側線圈段59亦會與該等中間線圈段61(1)、61(2)及外側線圈段63(1)、63(2)、63(3)在電性上為並聯連接。然後，連結RF天線54內各部件，來使分別流過中間線圈段61(1)、61(2)之高頻電流的方向在周圍方向上相同，並使分別流過外側線圈段63(1)、63(2)、63(3)之高頻電流的方向在周圍方向上完全相同。
RF天線54之上述線圈結線構造的重要特徵為其結構當從高頻供電部66的高頻供電線68到接地線70以一筆劃來環繞各個高頻傳送路徑時，通過中間線圈60時的方向(圖2中為順時針方向，圖3中為逆時針方向)係與通過內側線圈58及外側線圈62時的方向(圖2中為逆時針方向，圖3中為順時針方向)在周圍方向上為相反。然後，在這類相反方向之結線下，係在特定範圍內可變地選擇中間電容器92的靜電容量C92，來使流過中間線圈60之電流與分別流過內側線圈58及外側線圈62之電流在周圍方向上為相同方向。
此外，於天線室56(圖1)內，如圖2所示，朝RF天線54上方延伸之連接導體98、100、102(1)、102(2)、104(1)、104(2)、106(1)、106(2)、106(3)、108(1)、108(2)、108(3)係自介電體窗52相隔著足夠大的距離(相當高之位置處)而形成有橫向的分歧線或傳遞線，因而對各線圈58、60、62的電磁性影響較少。
此實施形態中，作為一較佳形態係，構成中間線圈60之2個中間線圈段61(1)、61(2)不僅具有約略相等的自電感，且構成外側線圈62之3個外側線圈段63(1)、63(2)、63(3)亦具有約略相等的自電感，再者，構成內側線圈58之內側線圈段59係與該等中間線圈段61(1)、61(2)及外側線圈段63(1)、63(2)、63(3)具有約略相等的自電感。通常，藉由使得該等線圈段59、61(1)、61(2)、63(1)、63(2)、63(3)的線材、線徑及線長為相同，便可滿足自電感相同或近似之要件。
順帶一提，當內側線圈段59、各個中間線圈段61(1)、61(2)及各個外側線圈段63(1)、63(2)、63(3)的長度相等時，則內側線圈58、中間線圈60與外側線圈62的口徑(直徑)比便會是1：2：3。舉一個例子，當被處理體(半導體晶圓W)的口徑為300mm時，則內側線圈58、中間線圈60及外側線圈62的口徑係分別選擇為100mm、200mm及300mm。
此實施形態之感應耦合型電漿蝕刻裝置中，藉由從高頻供電部66所供應之高頻電流流過RF天線54內各部件，則構成RF天線54的內側線圈58、中間線圈60及外側線圈62周圍便會因安培定律而產生迴圈(loop)狀地分佈之高頻率數的交流磁場，而在介電體窗52下，縱使是較內側(下方)區域處仍會形成有於半徑方向橫斷處理空間之磁力線。
此處，處理空間中之磁束密度的半徑方向(水平)成分在腔室10中心與周邊部處係與高頻電流的大小無關而經常地為零，而在其中間的某處會成為極大。因高頻率數的交流磁場而產生之方位角方向的感應電場強度分佈亦顯示了與直徑方向之磁束密度相同的分佈。亦即，在直徑方向上，甜甜圈狀電漿內的電子密度分佈會大大地大致對應於RF天線54內之電流分佈。
此實施形態中的RF天線54係不同於自其中心或內周端環繞到外周端之通常的旋渦狀線圈，而由局部地存在於天線中心部之圓環狀內側線圈58、局部地存在於天線中間部之圓環狀中間線圈60、以及局部地存在於天線周邊部之圓環狀外側線圈62所構成，且RF天線54內的電流分佈係呈現對應於各線圈58、60、62位置之同心圓狀分佈。
此處，在RF天線54內，如上所述地，內側線圈58係由單一的圓環狀線圈段59所構成。藉此，當電漿激發時，便會在內側線圈58的一圈內流有一樣或均勻的高頻電流Ii。又，構成中間線圈60之2個中間線圈段61(1)、61(2)係具有約略相等的自電感(亦即約略相等的阻抗)，且在電性上為並聯連接。藉此，當電漿激發時，便會在中間線圈60的一圈內流有一樣或均勻的高頻電流Im。又，構成外側線圈62之3個外側線圈段63(1)、63(2)、63(3)係具有約略相等的自電感(亦即約略相等的阻抗)，且在電性上為並聯連接。藉此，當電漿激發時，便會在外側線圈62的一圈內流有一樣或均勻的高頻電流Io。
於是，在腔室10的介電體窗52下(內側)所生成之甜甜圈狀電漿中，電流密度(亦即電漿密度)便會在內側線圈58、中間線圈60及外側線圈62各自正下方之位置附近處突出而變高(成為極大)。如此地，甜甜圈狀電漿內的電流密度分佈便會在直徑方向上呈現非均勻，而是凹凸的樣態。但藉由使得電漿在腔室10內的處理空間中擴散至四處，則晶座12附近(即基板W上)處的電漿密度便會相當均勻。
此實施形態中，由於內側線圈58、中間線圈60及外側線圈62皆為圓環狀線圈，且在線圈周圍方向上流有一樣或均勻的高頻電流，因此於線圈周圍方向上，便可在甜甜圈狀電漿內，甚至是晶座12附近(基板W上)亦可經常地獲得略均勻的電漿密度分佈。
又，於直徑方向上，如後述所述般，藉由在特定範圍內可變地將中間電容器92及外側電容器94的靜電容量C92、C94選擇為適當值，便可調節分別流過內側線圈58、中間線圈60及外側線圈62之電流Ii、Im、Io的平衡，從而可自由地控制甜甜圈狀電漿內的電漿密度分佈。藉此，便可自由地控制晶座12附近(基板W上)處的電漿密度分佈，從而亦可高精確度地輕易達成電漿密度分佈的均勻化。此外，將分別流過內側線圈58、中間線圈60及外側線圈62之電流稱作「內側電流」、「中間電流」及「外側電流」。
此實施形態中，RF天線54內的各線圈58、60、62係由1個或複數線圈段所構成，而無關於構成各線圈58、60、62之線圈段的個數，RF天線54所包含之所有線圈段59、61(1)、61(2))，63(1)、63(2)、63(3)係在電性上為並聯連接。於上述線圈段結線構造中，RF天線54內的波長效應或電壓降係相依於各個線圈段59、61(1)、61(2)、63(1)、63(2)、63(3)的長度。
於是，藉由選擇構成內側線圈58之內側線圈段59、構成中間線圈60之各個中間線圈段61(1)、61(2)以及構成外側線圈62之各個外側線圈段63(1)、63(2)、63(3)的長度，便不會在各個線圈段59、61(1)、61(2)、63(1)、63(2)、63(3)內引發波長效應，然後電壓降不會過大，如此便可全部解決RF天線54內之波長效應或電壓降問題。關於波長效應的防止，較佳係使各線圈段59、61(1)、61(2)、63(1)、63(2)、63(3)的長度較高頻RFH的1/4波長要來得短(更佳為十分短)。
有關此實施形態中之RF天線內的電壓降降低效果，與如圖4所示之比較例相比較便可容易理解。該比較例的RF天線係具有分別同軸地配置位在直徑方向的內側、中間側及外側之圓環狀內側線圈58'、中間線圈60'及外側線圈62'。此處，內側線圈58'係與實施形態中的內側線圈58完全相同，而由單體的線圈段59所構成。但中間線圈60'及外側線圈62'則與實施形態中的中間線圈60及外側線圈62相異，而由長度分別為線圈段59的2倍及3倍之單體的線圈段61'、63'所構成。然後，比較例之RF天線為了使相同大小的電流流過內側線圈58'、中間線圈60'及外側線圈62'，係將該等3個線圈串聯連接。
此外，為了容易理解此實施形態中之RF天線內的電壓降降低效果，便省略電容器(92、94)，而將此實施形態之RF天線54與比較例(圖4)作對比。
比較例的RF天線中，例如，當電漿激發時之內側線圈58'(線圈段59)的電感為400nH時，中間線圈60'(線圈段61')及外側線圈62'(線圈段63')的電感係分別為800nH、1200nH，而RF天線整體的電感便會成為2400nH。於是，當20A的高頻電流(頻率13.56MHz)流過RF天線的各線圈時，在RF天線內便會產生約4kV的電位差(電壓降)。
相對於此，此實施形態之RF天線54中，當電漿激發時之內側線圈58(內側線圈段59)的電感為400nH時，中間線圈60的中間線圈段61(1)、61(2)的電感及外側線圈62的外側線圈段63(1)、63(2)、63(3)的電感亦分別為400nH，而RF天線整體的電感則為67nH。於是，當20A的高頻電流(頻率13.56MHz)流過RF天線54的各線圈時，RF天線54內(亦即各線圈段內)所產生之電位差(電壓降)係約為680V，而如圖5所示般地降低至大約1/6。此外，在上述比較計算中，為了便於說明與容易理解，係忽略RF天線內電阻部分的阻抗。
如此地，此實施形態之RF天線54不僅不容易發生波長效應，且天線內所產生之電位差(電壓降)亦小，因此便可減少因RF天線54與電漿之電容耦合而導致入射至介電體窗52各部的離子衝撃偏差。藉此，亦可獲得能夠降低介電體窗52的一部分被局部或集中地削除之非期望現象之效果。
[RF天線所附加之電容器的功能]
此實施形態之感應耦合型電漿蝕刻裝置的另一重要特徵為RF天線54所附加之電容器(特別是中間電容器92)的功能。
此實施形態之感應耦合型電漿蝕刻裝置中，藉由使中間電容器92的靜電容量C92為可變，則中間線圈60與中間電容器92的合成電抗(以下稱作「中間合成電抗」)Xm便為可變，而可使流過中間線圈60的中間電流Im的電流值為可變。
此處，中間電容器92的靜電容量C92係有期望範圍。亦即，有關於如上所述地相對於高頻供電部66之中間線圈60的結線係與內側線圈58及外側線圈62的結線為相反方向一事，較佳係可變地選擇中間電容器92的靜電容量C92，來使中間合成電抗Xm成為負值(中間電容器92的容量性電抗係較要中間線圈60的感應性電抗要大)。若以其他觀點來看，較佳係在較中間線圈60與中間電容器92所構成之串聯電路引起串聯共振時的靜電容量要小之區域內，可變地選擇中間電容器92的靜電容量C92。
如上所述地，相對於內側線圈58及外側線圈62而中間線圈60的結線為相反方向之RF天線54中，藉由使得中間電容器92的靜電容量C92在中間合成電抗Xm會成為負值之區域處為可變，則流過中間線圈60之中間電流Im便會與分別流過內側線圈58及外側線圈62之內側電流Ii及外側電流Io在周圍方向上為相同方向。而且，亦可使中間電流Im的電流值從接近零慢慢增加，而選定為例如內側電流Ii及外側電流Io的1/10以下。
然後，已在實驗中確認了當如上所述地，將中間電流Im控制在內側電流Ii及外側電流Io的1/10以下時，便可使腔室10內正下方所生成之甜甜圈狀電漿內的電漿密度良好地均勻化。
此係因為即便是無中間線圈60的情況，由於在內側線圈58及外側線圈62各自正下方位置附近處所生成之電漿會在直徑方向上擴散，因此便會如圖3之虛線所示般，縱使是在兩線圈58、62中間區域處，電漿仍會以相當的密度存在。於是，與兩線圈58、62不同地，當少量的電流Im在周圍方向上以相同於分別流過兩線圈58、62的電流Ii、Io方向流過位在其中間之中間線圈60，則中間線圈60正下方位置附近處之感應耦合電漿的生成便會適當地增強，而使得電漿密度在直徑方向上變的均勻。
此實施形態中，為了能夠將流過中間線圈60之中間電流Im的電流值控制在相當小的值，係如上所述地使中間線圈60結線於相反方向，而使中間電容器92的靜電容量C92在中間合成電抗Xm會成為負值之區域處為可變。此情況下，若使C92的值在Xm<0之區域內愈小，則中間合成電抗Xm的絕對值便會愈大，而中間電流Im的電流值會愈小(接近零)。相反地，若使C92的值在Xm<0之區域內愈大，則中間合成電抗Xm的絕對值便會愈小，而中間電流Im的電流值會愈大。
但亦可依需要，來使中間電容器92的靜電容量C92在中間合成電抗Xm會成為正值之區域處為可變。此情況下，在中間線圈60內流動之中間電流Im便會與分別在內側線圈58及外側線圈62內流動之內側電流Ii及外側電流Io在周圍方向上為相反方向。此係有利於希望降低中間線圈60正下方附近處的電漿密度之情況。
RF天線54所附加之外側電容器94係具有能夠調整流過內側線圈58之內側電流Ii與流過外側線圈62之外側電流I0的平衡之功能。如上所述地，流過中間線圈60的中間電流Im為少量，而從高頻供電部66供應至RF天線54之高頻電流的大部分會分流而流過內側線圈58與外側線圈62。此處，藉由使外側電容器94的靜電容量C94為可變，便可使外側線圈62與外側電容器94的合成電抗(以下稱作「外側合成電抗」)Xo為可變，進而可調節內側電流Ii與外側電流Io之間的分配比。
此外，由於內側線圈58及外側線圈62皆為順向結線，因此為了使內側電流Ii與外側電流Io在周圍方向上為相同方向，則只要使外側電容器94的靜電容量C94在外側合成電抗Xo會成為正值之區域處為可變即可。此情況下，若使C94的值在Xo>0之區域內愈小，則外側合成電抗Xo的值便會愈小，使得外側電流Io的電流值相對地變大，而造成內側電流Ii的電流值相對地變小。相反地，若使C94的值在Xo>0之區域內愈大，則外側合成電抗Xo的值便會愈大，使得外側電流Io的電流值相對地變小，而造成內側電流Ii的電流值相對地變大。
如此地，此實施形態之感應耦合型電漿蝕刻裝置中，藉由使外側電容器94的靜電容量C94為可變，便可任意地調節流過內側線圈58之內側電流Ii與流過外側線圈62之外側電流I0的平衡。又，如上所述地，藉由使中間電容器92的靜電容量C92為可變，便可任意地調節流過中間線圈60的中間電流Im與內側電流Ii及外側電流I0的平衡。
[附有電容器之RF天線的其他實施例或變形例]
如圖6所示，除了上述可變電容型中間電容器92及可變電容型外側電容器94，亦可設置有固定電容型內側電容器90。依據該構成例，便可降低內側線圈58與內側電容器90之合成電抗(以下稱作「內側合成電抗」)Xi的值，而增加利用外側電容器94的調整範圍。
作為其他變形例，雖省略圖示，亦可為使中間電容器92及內側電容器90為可變電容器，而使外側電容器94為固定電容器之結構。當然亦可為設置有可變電容型中間電容器92及可變電容型內側電容器90，而省略外側電容器94之結構。
圖7係顯示在RF天線54終端側(即第2節點NB與接地線70之間(或接地線70上))處，具備有RF天線54內的所有線圈段59、61(1)、61(2)、63(1)、63(2)、63(3)在電性上為串聯連接之出口側共通電容器110之結構。雖然該出口側(終端)共通電容器110通常可為固定電容器，但亦可為可變電容器。
該出口側(終端)共通電容器110不僅具有調整RF天線54的整體阻抗之功能，而亦具有將RF天線54的整體電位自接地電位直流地提升，以抑制上蓋板或介電體窗52受到離子濺鍍之功能。
出口側共通電容器110以外的電容器亦可設置於RF天線54的入口側(第1節點NA側)。例如，圖8所示之構成例係將中間電容器92連接於第1節點NA與中間線圈60之間，而將外側電容器94連接於第1節點NA與外側線圈62之間。如此地，將中間電容器92及外側電容器94分別設置在中間線圈60及外側線圈62的入口側之結構中，可避免兩線圈60、62的短路共振線長度變短，從而可更確實地防止或抑制波長效應的發生。
圖9係顯示在圖8之構成例追加固定電容型內側電容器90之變形例。如圖所示，第1節點NA與內側線圈58之間係連接有內側電容器90。該構成例中，亦可降低內側合成電抗Xi的值，而增加利用外側電容器94的調整範圍。
圖10所示之構成例係在RF天線54內，使得內側線圈58內的內側間隙Gi(入口端59In/出口端59Out)、中間線圈60內的中間間隙Gm(入口端61(1)In/出口端62(1)Out、入口端61(2)In/出口端61(1)Out)、外側線圈62內的外側間隙Go(入口端63(1)In/出口端63(3)Out、入口端63(2)In/出口端63(1)Out、入口端63(3)In/出口端63(2)Out)不會在相同方位角上相重疊。
若在各線圈58、60、62的一個迴圈內具有間隙Gi、Gm、Go，便會無法在各間隙部分的正下方處對電漿施加感應發電功率，因而電子密度會降低，而容易成為周圍方向的特異點。於是，如此構成例般，藉由使得間隙Gi、Gm、Go的位置在方位角方向上錯開，便可降低方位角方向上電漿密度分佈的偏倚。
圖11係顯示將外側線圈62分割為4個線圈段63(1)、63(2)、63(3)、63(4)之構成例。該等4個外側線圈段63(1)、63(2)、63(3)、63(4)係在空間上分別形成為大約1/4周的圓弧狀，整體來說係埋置在周圍方向環繞之一周或其大部分般地串聯配置，而在電性上，係在第1節點NA與第2節點NB之間相互地並聯連接。
上述將中間線圈60及外側線圈62分別分割為複數線圈段之RF天線54中，並非一定要使各線圈60、62的分割數量成比例於線圈長度的比。特別是，當具備電流調整用電容器92、94的情況，可分別獨立地選定中間線圈60及外側線圈62的分割數量(線圈段的個數)。是以，亦可如圖12所示般地，例如將中間線圈60分割為4個中間線圈段61(1)、61(2)、61(3)、61(4)，而將外側線圈62分割為2個外側線圈段63(1)、63(2)之結構。
此實施形態之RF天線54中，各線圈58、60、62係不限於單圈捲繞的線圈，而亦可為複數圈捲繞的線圈。例如圖13所示，亦可將內側線圈58形成為2圈，而將中間線圈60及外側線圈62分別形成為1圈。雖省略圖示，但亦可將內側線圈58及中間線圈60分別形成為1圈，而將外側線圈62形成為2圈。抑或如圖14所示，亦可將中間線圈60形成為1圈，而將內側線圈58及外側線圈62分別形成為2圈。
如此地，藉由增加內側線圈58及/或外側線圈62的圈數，便可增大左右著該等正下方附近處所生成的電漿密度之線圈磁動勢(ampere-turn，安匝數)，從而可降低內側電流Ii及/或外側電流Io的值，而減少功率損失(亦即提高電漿產生效率)。
構成本實施形態的RF天線54之各線圈58、60、62的迴圈形狀不限於圓形，亦可配合被處理體的形狀等，而為例如圖15A所示般的四角形，或圖15B所示般的三角形。縱使如上所述地線圈58、60、62的迴圈形狀為多角形之情況，較佳係如圖所示般，相對於內側線圈58及外側線圈62而以相反方向來將中間線圈60結線，且具備中間電容器(圖示省略)之結構。此外，縱使構成各線圈(迴圈)之複數線圈段之間的形狀或自阻抗多少有些許不同亦無妨。線圈或線圈段的剖面形狀不限於矩形，而亦可為圓形、橢圓形等，且不限於單線而亦可為撚線。
圖16所示之構成例係於內側線圈58與外側線圈62之間設置有口徑相異的2個中間線圈60A、60B。更詳細地說明，口徑較小之第1中間線圈60A係分割為2個中間線圈段61A(1)、61A(2)，而口徑較大之第2中間線圈60B係分割為3個中間線圈段61B(1)、61B(2)、61B(3)。外側線圈62係分割為4個外側線圈段63(1)、63(2)、63(3)、63(4)。舉一例，內側線圈58、第1中間線圈60A、第2中間線圈60B及外側線圈62的口徑係分別選擇為100mm、200mm、300mm及400mm。
如此地，於該實施形態之RF天線54中，可在口徑最小之內側線圈58與口徑最大之外側線圈62之間配置有任意數量的中間線圈60(60A、60B、....)。又，如圖所示，當設置有複數(例如2個)中間線圈60A、60B時，較佳係在第1節點NA與第2節點NB之間，使得第1及第2中間電容器92A、92B分別串聯連接於第1及第2中間線圈60A、60B之結構。
圖17所示之構成例係相對於內側線圈58及外側線圈62而以相同方向(順向)來將中間線圈60結線。亦即，呈現從第1節點NA到第2節點NB以一筆劃來環繞各個高頻傳送路徑時，通過中間線圈60時的方向係與通過內側線圈58及外側線圈62時的方向在周圍方向上為相同(圖17中皆為順時針方向)之結線構造。
此情況下，使得中間電容器92的靜電容量C92在中間合成電抗Xm會成為正值之區域處為可變時，便可與內側電流Ii及外側電流Io在周圍方向上為相同之方向使中間電流Im為可變。亦即，若使C92的值在Xm>0之區域內愈小，則中間合成電抗Xm的值便會愈小，而中間電流Im會愈大。相反地，若C92的值在Xm>0之區域內愈大，則中間合成電抗Xm的值便會愈大，而中間電流Im會減少。又，即便是使得C92的值無限制地變大，由於中間合成電抗Xm的值不會降低至中間線圈60的感應性電抗以下，故會無法盡量縮小中間電流Im的電流值(接近於零)。於是，在通常的使用方法中，便會難以將中間電流Im控制在內側電流Ii及外側電流Io的1/10以下的電流值。
圖17所示之構成例中，亦可使中間電容器92的靜電容量C92在中間合成電抗Xm會成為負之區域處為可變。此情況下，中間電流Im的流動方向係與內側電流Ii及外側電流Io的流動方向在周圍方向上為相反。此係有利於希望降低中間線圈60正下方附近處的電漿密度之情況。
圖18A及圖18B所示之構成例係將RF天線54的內側線圈58、中間線圈60及外側線圈62在電性上串聯連接。於中間線圈60及外側線圈62內，由於中間線圈段61(1)、61(2)及外側線圈段63(1)、63(2)、63(3)係分別在電性上為並聯連接，因此RF天線54的全部有效長度只要有3個線圈段分量即可。上述使得RF天線54內的所有線圈58、60、62在電性上為串聯連接之結構可減少在RF天線54內分歧之電流，並降低供應至RF天線54的高頻電流，進而降低高頻供電部66(特別是匹配器74)內的RF功率損失，故為有利的。
[其他實施例或變形例]
圖19所示之構成例係在高頻供電部66與RF天線54之間設置有變壓器114。此變壓器114的一次捲線係電連接至匹配器74的輸出端子，而二次捲線係電連接至RF天線54入口側的第1節點NA。作為變壓器114的通常形態，係藉由使一次捲線的捲數較二次捲線的捲數要多，便可使從匹配器74流至變壓器114之電流(一次電流)I1較從變壓器114流至RF天線54之二次電流I2要來得少。若以別的觀點，則可以不增加一次電流I1的電流值，來增加供應至RF天線54之二次電流I2的電流值。
又，當設置有變壓器114的情況，藉由在二次側進行型式切換，則亦可使二次電流I2為可變。此情況下，如圖20所示，便亦可全部省略RF天線54的電容器。
上述實施形態僅為感應耦合型電漿蝕刻裝置的一構成例，電漿產生機構的各部件當然可有各種變形，而與電漿產生無直接關係之各部件的構成亦可有各種變形。
例如，RF天線的基本形態亦可為平面型以外的類型(例如圓頂型等)。可為於處理氣體供應部處而從上蓋板將處理氣體導入至腔室10內之結構，亦可為不對晶座12施加直流偏壓控制用的高頻RFL之形態。
此外，本發明之感應耦合型電漿處理裝置或電漿處理方法不限於電漿蝕刻的技術領域，而亦可適用於電漿CVD、電漿氧化、電漿氮化、濺鍍等其他的電漿製程。又，本發明之被處理基板不限於半導體晶圓，而亦可為平板顯示器用的各種基板或光罩、CD基板、印刷基板等。
cw．．．冷卻水
C92．．．靜電容量
I1．．．一次電流
I2．．．二次電流
Ii、Im、Io．．．電流
Gi．．．內側間隙
Gm．．．中間間隙
Go．．．外側間隙
NA．．．第1節點
NB．．．第2節點
RF．．．天線
RFH．．．電漿產生用高頻
RFL．．．離子吸引控制用高頻
Xm．．．中間合成電抗
W．．．半導體晶圓
10．．．腔室
12．．．載置台
14．．．絕緣性筒狀支撐部
16．．．導電性筒狀支撐部
18．．．排氣通道
20．．．緩衝板
22．．．排氣埠
24．．．排氣管
26．．．排氣裝置
27．．．搬出入口
28．．．閘閥
30．．．RF偏壓用高頻電源
32．．．匹配器
34．．．供電棒
36．．．靜電夾具
36a．．．電極
36b、36c．．．絕緣膜
40．．．高壓直流電源
42．．．開關
43．．．包覆線
44．．．冷媒室
46、48．．．配管
50．．．氣體供應管
52．．．介電體窗
54．．．RF天線
56．．．天線室
58、58'．．．內側線圈
59．．．內側線圈段
59In．．．RF入口端部
59Out．．．RF出口端
60、60'、60A、60B．．．中間線圈
61'、63'．．．單體的線圈段
61(1)、61(2)．．．中間線圈段
61(1)In、61(2)In、63(1)In、63(2)In、63(3)In．．．RF入口端
61(1)Out、61(2)Outn、63(1)Out、63(2)Out、63(3)Out．．．RF出口端
62、62'．．．外側線圈
63(1)、63(2)、63(3)．．．外側線圈段
66．．．高頻供電部
68．．．高頻供電線
70．．．回路歸線(接地線)
72．．．電漿產生用高頻電源
73．．．匹配器
74．．．匹配器
76．．．緩衝部
78．．．壁氣體噴出孔
80．．．處理氣體供應源
82．．．供應管
84．．．主控制部
90．．．內側電容器
92．．．中間電容器
94．．．外側電容器
96．．．電容可變部
98、100、102(1)、102(2)、104(1)、104(2)、106(1)、106(2)、106(3)、108(1)、108(2)、108(3)．．．連接導體
110．．．出口側共通電容器
114．．．變壓器
圖1係顯示本發明一實施形態之感應耦合型電漿蝕刻裝置結構之縱截面圖。
圖2係顯示實施形態之RF天線的基本配置結構以及電連接結構之立體圖。
圖3係顯示對應於圖2結構之電連接圖。
圖4係顯示比較例之RF天線配置以及電連接結構之圖式。
圖5係顯示比較實施形態之RF天線以及比較例之天線所各自產生的電位差(電壓降)之長條圖。
圖6係顯示在實施形態之RF天線中設有可變電容型中間電容器、可變電容型外側電容器以及固定電容型內側電容器的構成例之圖式。
圖7係顯示在實施形態之RF天線中具備出口側共通電容器的構成例之圖式。
圖8係顯示實施形態之RF天線中，於高頻入口端側設有中間電容器以及外側電容器的構成例之圖式。
圖9係顯示在圖8之RF天線附加固定電容型內側電容器的一變形例之圖式。
圖10係顯示於RF天線內，使內側線圈的內側間隙、中間線圈的中間間隙以及外側線圈的外側間隙，不會在同一方位角上互相重疊的構成例之圖式。
圖11係顯示於實施形態之RF天線中，將外側線圈分割成4個線圈段之構成例。
圖12係顯示於實施形態之RF天線中，將中間線圈分割成4個線圈段，而將外側線圈分割成2個線圈段的構成例之圖式。
圖13係顯示於實施形態之RF天線中，將內側線圈繞2圈而形成，將中間線圈以及外側線圈則分別繞一圈而形成的構成例之圖式。
圖14係顯示於實施形態之RF天線中，將中間線圈繞一圈而形成，將內側線圈以及外側線圈則分別繞2圈而形成的構成例之圖式。
圖15A係顯示構成實施形態的RF天線之各線圈為具有四角形迴圈形狀的構成例之圖式。
圖15B係顯示構成實施形態的RF天線之各線圈為具有三角形迴圈形狀的構成例之圖式。
圖16係顯示於實施形態之RF天線中，在內側線圈與外側線圈之間設有口徑相異的2個中間線圈之構成例之圖式。
圖17係顯示於實施形態之RF天線中，相對於內側線圈以及外側線圈，而以相同方向(順向)來連結中間線圈的構成例之圖式。
圖18A係顯示將實施形態之RF天線內的所有線圈在電性上為串聯連接之構成例之圖式。
圖18B係顯示圖18A構成例的電性電路之圖式。
圖19係顯示在高頻供電部與RF天線之間設有變壓器的構成例之圖式。
圖20係顯示在實施形態之RF天線中，完全不設置電容器的構成例之圖式。
Ii、Im、Io．．．電流
Gi．．．內側間隙
Gm．．．中間間隙
Go．．．外側間隙
NA．．．第1節點
NB．．．第2節點
RFH．．．電漿產生用高頻
52．．．介電體窗
54．．．RF天線
58．．．內側線圈
59．．．內側線圈段
59In．．．RF入口端部
59Out．．．RF出口端
60．．．中間線圈
61(1)、61(2)．．．中間線圈段
61(1)In、61(2)In、63(1)In、63(2)In、63(3)In．．．RF入口端
61(1)Out、61(2)Out、63(1)Out、63(2)Out、63(3)Out．．．RF出口端
62．．．外側線圈
63(1)、63(2)、63(3)．．．外側線圈段
66．．．高頻供電部
68．．．高頻供電線
70．．．回路歸線(接地線)
72．．．電漿產生用高頻電源
92．．．中間電容器
94．．．外側電容器
98、100、102(1)、102(2)、104(1)、104(2)、106(1)、106(2)、106(3)、108(1)、108(2)、108(3)．．．連接導體

Claims (31)

  1. 一種電漿處理裝置，其具備有：處理容器，係具有介電體窗；基板保持部，係於該處理容器內保持被處理基板；處理氣體供應部，係將所欲處理氣體供應至該處理容器內，以對該基板施予所欲電漿處理；RF天線，係設置於該介電體窗外，而於該處理容器內藉由感應耦合來產生處理氣體的電漿；以及高頻供電部，係將頻率適於該處理氣體的高頻放電之高頻電功率供應至該RF天線；其中該RF天線係具有於直徑方向相隔著間隔而分別配置在內側、中間以及外側之內側線圈、中間線圈以及外側線圈；該內側線圈係具有單一或串聯連接之內側線圈段；該中間線圈係具有循周圍方向分段且電性上為並聯連接之複數中間線圈段；該外側線圈係具有循周圍方向分段且電性上為並聯連接之複數外側線圈段；該內側線圈、該中間線圈以及該外側線圈係在該高頻供電部側的第1節點與接地電位側的第2節點之間，在電性上為並聯連接； 該第1節點與該第2節點之間係具有與該複數中間線圈段在電性上為串聯連接之中間電容器；從該第1節點到該第2節點以一筆劃來環繞各個高頻傳送路徑時，通過該中間線圈時的方向係與通過該內側線圈以及該外側線圈時的方向在周圍方向上為相反；該中間電容器係具有該複數中間線圈段與該中間電容的合成電抗會成為負值之區域的靜電容量。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該內側線圈段係至少循周圍方向環繞一圈。
  3. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該內側線圈段係較該高頻之1/4波長要短。
  4. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中該複數外側線圈段的數量係較該複數中間線圈段要多。
  5. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中該複數外側線圈段係整體地埋置在周圍方向至少一圈或其大部分般地在空間上為串聯配置。
  6. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中該複數外側線圈段之任一段係較該高頻之1/4波長要短。
  7. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中該複數外側線圈段彼此係具有大致相等之自電感。
  8. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中分別流過該複數外側線圈段之電流方向係在周圍方向上全部相同。
  9. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中分別流過該複數外側線圈段之電流的電流值係約略相等。
  10. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中該複數中間線圈段係整體地埋置在周圍方向至少一圈或其大部分般地在空間上為串聯配置。
  11. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中該複數中間線圈段之任一段係較該高頻之1/4波長要短。
  12. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中該複數中間線圈段彼此係具有大致相等之自電感。
  13. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中分別流過該複數中間線圈段之電流方向係在周圍方向上全部相同。
  14. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中分別流過該複數中間線圈段之電流的電 流值係約略相等。
  15. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中流過該內側線圈之電流方向、流過該中間線圈之電流方向、以及流過該外側線圈之電流方向係在周圍方向上相同。
  16. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中該內側、中間以及外側之所有線圈段的自電感彼此係大致相等。
  17. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中該中間電容器為可變電容。
  18. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中流過該中間線圈段之電流係小於分別流過該內側線圈段以及該外側線圈段之電流。
  19. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中該第1節點與該第2節點之間係具有與該內側線圈段在電性上為串聯連接之內側電容器。
  20. 如申請專利範圍第19項之電漿處理裝置，其中該內側電容器為可變電容。
  21. 如申請專利範圍第20項之電漿處理裝置，其中該內側電容器係具有該內側線圈段與該內側電容的合成電抗會成為正值之區域的靜電容量。
  22. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中該第1節點與第2節點之間係具有與該 複數外側線圈段在電性上為串聯連接之外側電容器。
  23. 如申請專利範圍第22項之電漿處理裝置，其中該外側電容器為可變電容。
  24. 如申請專利範圍第23項之電漿處理裝置，其中該外側電容器係具有該複數外側線圈段與該外側電容的合成電抗會成為正值之區域的靜電容量。
  25. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其係具有連接於該第2節點與接地電位的組件之間之出口側共通電容器。
  26. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中該內側線圈、該中間線圈以及該外側線圈係在電性上為串聯連接。
  27. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中該中間線圈係於該內側線圈與該外側線圈之間而在空間上及電性上並聯地複數設置。
  28. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中該中間線圈為單一捲繞，而該內側線圈與該外側線圈的至少其中之一為複數捲繞。
  29. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中該高頻供電部包括：高頻電源，係輸出該高頻電功率；匹配器，係在該高頻電源側阻抗與負載側阻抗之間取得匹配；以及變壓器，係具有電連接於該匹配器的輸出端子之一次捲線與電 連接於該RF天線之二次捲線。
  30. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中該介電體窗係構成該處理容器之上蓋板的一部分或全部；該內側線圈、該中間線圈以及該外側線圈係設置於該介電體窗上方。
  31. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中該內側線圈、該中間線圈以及該外側線圈係互為同軸。
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